异构集成的芯片级激光雷达系统技术方案

激光雷达系统包括光子芯片，其包括光源和用于提供输出信号进行发射的发射光束耦合器。输出信号是调频连续波(FMCW)信号。发射光束引导装置从光子芯片的发射光束耦合器发射输出信号。接收光束引导装置获得目标对输出信号的反射，并且将反射作为接收信号提供给光子芯片的接收光束耦合器。光子芯片、发射光束引导装置和接收光束引导装置异构地集成到光学引擎中。

Heterogeneous Integrated Chip-Level Lidar System

The lidar system includes a photonic chip, which includes a light source and a transmitting beam coupler for providing an output signal for transmission. The output signal is FMCW signal. The emitter beam guiding device transmits the output signal from the emitter beam coupler of the photonic chip. The receiving beam guiding device obtains the reflection of the target to the output signal, and supplies the reflection as the received signal to the receiving beam coupler of the photonic chip. Photonic chips, emitting beam guiding devices and receiving beam guiding devices are heterogeneously integrated into the optical engine.

【技术实现步骤摘要】
异构集成的芯片级激光雷达系统
本主题公开涉及异构集成的芯片级激光雷达系统。
技术介绍
车辆(例如，汽车、卡车、建筑设施、农场设施、自动化工厂设施)越来越多地配备有提供信息以增强或自动化车辆操作的传感器。示例性传感器包括无线电检测和测距(雷达)系统、相机、麦克风以及光探测和测距(激光雷达)系统。示例性激光雷达系统是相干激光雷达系统，其发射调频连续波(FMCW)信号并且依赖于发射信号与由于目标对发射信号的反射散射引起的回波信号之间的光学相干性以执行目标的检测。在诸如车辆应用等应用中，由于空间可用性有限，传感器的紧凑设计是重要的。因此，希望提供一种异构集成的芯片级激光雷达系统。
技术实现思路
在一个示例性实施例中，激光雷达系统包括光子芯片，其包括光源和用于提供输出信号进行发射的发射光束耦合器，其中输出信号是调频连续波(FMCW)信号。激光雷达系统还包括发射光束引导装置和接收光束引导装置，发射光束引导装置从光子芯片的发射光束耦合器发射输出信号，接收光束引导装置获得目标对输出信号的反射并且将反射作为接收信号提供给光子芯片的接收光束耦合器，其中光子芯片、发射光束引导装置和接收光束引导装置异构地集成到光学引擎中。除了本文描述的一个或多个特征之外，发射光束引导装置和接收光束引导装置是被制造为管芯的二维微机电系统(2DMEMS)镜。除了本文描述的一个或多个特征之外，光学引擎异构地集成在具有蚀刻有用于放置2DMEMS镜的凹坑的半导体板上。除了本文描述的一个或多个特征之外，发射光束引导装置被放置成与光子芯片的发射光束耦合器光学对准，而接收光束引导装置被放置成与光子芯片的接收光束耦合器光学对准。除了本文描述的一个或多个特征之外，光子芯片、发射光束引导装置和接收光束引导装置接合到公共半导体板以被动地保持光学对准。除了本文描述的一个或多个特征以外，激光雷达系统还包括与光学引擎耦合的驱动电子装置。驱动电子装置包括调制激光器驱动器和控制驱动器，调制激光器驱动器用于调制光源并且产生FMCW信号，控制驱动器用于发射光束引导装置和接收光束引导装置。除了本文描述的一个或多个特征以外，激光雷达系统还包括后检测电子装置以处理由光子芯片的光电检测器提供的电信号。除了本文描述的一个或多个特征以外，光学引擎、驱动电子装置和后检测电子装置形成在第一印刷电路板上，而控制驱动器形成在第二印刷电路板上。除了本文描述的一个或多个特征以外，将控制驱动器制造为第一专用集成电路(ASIC)，而将驱动电子装置和后检测电子装置制造为第二ASIC。除了本文描述的一个或多个特征以外，激光雷达系统在车辆中。在另一个示例性实施例中，一种封装激光雷达系统的方法包括制造光子芯片。光子芯片包括光源和用于提供输出信号进行发射的发射光束耦合器，并且输出信号是调频连续波(FMCW)信号。方法还包括将发射光束引导装置耦合到光子芯片以从光子芯片的发射光束耦合器发射输出信号，并且将接收光束引导装置耦合到光子芯片以获得目标对输出信号的反射并且将反射作为接收信号提供给光子芯片的接收光束耦合器。光子芯片、发射光束引导装置和接收光束引导装置异构地集成到光学引擎中。除了本文描述的一个或多个特征以外，方法还包括将发射光束引导装置和接收光束引导装置制造为二维微机电系统(2DMEMS)镜管芯，其中异构地集成光学引擎包括将2DMEMS镜管芯放置在蚀刻于硅板中的凹坑中。除了本文描述的一个或多个特征以外，方法还包括将发射光束引导装置放置成与光子芯片的发射光束耦合器光学对准，将接收光束引导装置放置成与光子芯片的接收光束耦合器光学对准，以及将光子芯片、发射光束引导装置和接收光束引导装置被动地接合到公共半导体板以保持光学对准。除了本文描述的一个或多个特征以外，方法还包括将驱动电子装置与光学引擎耦合，其中驱动电子装置包括调制激光器驱动器和控制驱动器，调制激光器驱动器调制光源并且产生FMCW信号，控制驱动器用于发射光束引导装置和接收光束引导装置，以及将后检测电子装置耦合到光学引擎以处理由光子芯片的光电检测器提供的电信号。除了本文描述的一个或多个特征以外，方法还包括将光学引擎、驱动电子装置和后检测电子装置形成在第一印刷电路板上，并且将控制驱动器形成在第二印刷电路板上，或者将控制驱动器制造为第一专用集成电路(ASIC)，并且将驱动电子装置和后检测电子装置制造为第二ASIC。在又一示例性实施例中，一种车辆包括激光雷达系统，激光雷达系统包括光子芯片，其包括光源和用于提供输出信号进行发射的发射光束耦合器。输出信号是调频连续波(FMCW)信号。激光雷达系统还包括发射光束引导装置和接收光束引导装置，发射光束引导装置从光子芯片的发射光束耦合器发射输出信号，接收光束引导装置获得目标对输出信号的反射并且将反射作为接收信号提供给光子芯片的接收光束耦合器。光子芯片、发射光束引导装置和接收光束引导装置异构地集成到光学引擎中。车辆还包括车辆控制器以基于来自激光雷达系统的信息来增强或自动化车辆的操作。除了本文描述的一个或多个特征以外，发射光束引导装置和接收光束引导装置是制造为管芯的二维微机电系统(2DMEMS)镜，而光学引擎异构地集成在具有蚀刻用于放置2DMEMS镜的凹坑的半导体板上。除了本文描述的一个或多个特征以外，发射光束引导装置被放置成与光子芯片的发射光束耦合器光学对准，接收光束引导装置被放置成与光子芯片的接收光束耦合器光学对准，并且光子芯片、发射光束引导装置和接收光束引导装置被动地接合到公共半导体板以保持光学对准。除了本文描述的一个或多个特征以外，车辆还包括与光学引擎耦合的驱动电子装置。驱动电子装置包括调制激光器驱动器和控制驱动器以及后检测电子装置，调制激光器驱动器用于调制光源并且产生FMCW信号，控制驱动器用于发射光束引导装置和接收光束引导装置，后检测电子装置处理由光子芯片的光电检测器提供的电信号。除了本文描述的一个或多个特征以外，光学引擎、驱动电子装置和后检测电子装置形成在第一印刷电路板上，而控制驱动器形成在第二印刷电路板上，或者将控制驱动器制造为第一专用集成电路(ASIC)，而将驱动电子装置和后检测电子装置制造为第二ASIC。从结合附图取得的本公开的最佳模式的以下详细描述，上述特征和优点以及本公开的其它特征和优点容易地显而易见。附图说明其它特征、优点和细节仅借助于示例出现在以下详细描述中，该详细描述参考附图，其中：图1是根据一个或多个实施例的涉及芯片级相干激光雷达系统的场景的框图。图2是详述根据一个或多个实施例的激光雷达系统的光子引擎的框图；并且图3是详述根据一个或多个实施例的激光雷达系统110的各方面的框图。具体实施方式以下描述仅仅具有示例性本质并且不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解的是，在整个附图中，对应的附图标号指示相同或对应的部分和特征。如前所述，相干激光雷达系统是可以用于增强或自动化车辆操作的传感器之一。在涉及传感器和其它系统的有限空间的应用(诸如车辆应用)中，紧凑性是重要的。另外，光学元件的被动对准而不是基于反馈的主动对准过程提高了效率并降低了系统的成本。本文详述的系统和方法的实施例涉及异构集成的芯片级激光雷达系统。异构集成是指将分别制造的部件组装和封装到单个芯片上。根据一个或多个实施例，光子芯片和光束引导装置(例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达系统，包括：光子芯片，其包括光源和被配置为提供输出信号进行发射的发射光束耦合器，其中所述输出信号是调频连续波(FMCW)信号；发射光束引导装置，其被配置为从所述光子芯片的所述发射光束耦合器发射所述输出信号；以及接收光束引导装置，其被配置为获得目标对所述输出信号的反射并且将所述反射作为接收信号提供给所述光子芯片的接收光束耦合器，其中所述光子芯片、所述发射光束引导装置和所述接收光束引导装置异构地集成到光学引擎中。

【技术特征摘要】
2017.07.12 US 62/531414;2018.06.27 US 16/0202021.一种激光雷达系统，包括：光子芯片，其包括光源和被配置为提供输出信号进行发射的发射光束耦合器，其中所述输出信号是调频连续波(FMCW)信号；发射光束引导装置，其被配置为从所述光子芯片的所述发射光束耦合器发射所述输出信号；以及接收光束引导装置，其被配置为获得目标对所述输出信号的反射并且将所述反射作为接收信号提供给所述光子芯片的接收光束耦合器，其中所述光子芯片、所述发射光束引导装置和所述接收光束引导装置异构地集成到光学引擎中。2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中所述发射光束引导装置和所述接收光束引导装置是被制造为管芯的二维微机电系统(2DMEMS)镜。3.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中所述光学引擎异构地集成在具有蚀刻有用于放置所述2DMEMS镜的凹坑的半导体板上。4.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中所述发射光束引导装置被放置成与所述光子芯片的所述发射光束耦合器光学对准，所述接收光束引导装置被放置成与所述光子芯片的所述接收光束耦合器光学对准，所述光子芯片、所述发射光束引导装置和所述接收光束引导装置接合到公共半导体板以被动地保持所述光学对准。5.根据权利要求1所述的激光雷达系统，进一步包括与所述光学引擎耦合的驱动电子装置，所述驱动电子装置包括调制激光器驱动器和控制驱动器，所述调制激光器驱动器调制所述光源并且产生所述FMCW信号，所述控制驱动器用于所述发射光束引导装置和所述接收光束引导装置，并且所述激光雷达系统还包括后检测电子装置，所述后检测电子装置被配置为处理由所述光子芯片的光电检测器提供的电信号，其中所述光学引擎、所述驱动电子装置和所述后检测电子装置形成在第一印刷电路板上，所述控制驱动器形成在第二印刷电路板上，所述控制驱动器被制造为第一专用集成电路(ASIC)，而...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·R·帕特森，B·黄，J·H·莎夫纳，K·萨亚赫，O·叶菲莫夫，R·萨基西安，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US